Monitoring active fault creep as a tool in seismic hazard mitigation. Insights from creepmeter study at Chihshang, Taiwan
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
C. R. Geoscience 337 (2005) 1200–1207
http://france.elsevier.com/direct/CRAS2A/
Tectonics / Tectonique
Monitoring active fault creep as a tool in seismic hazard
mitigation. Insights from creepmeter study at Chihshang, Taiwan
Jian-Cheng Lee a,∗ , Jacques Angelier b,c , Hao-Tsu Chu d , Jyr-Ching Hu e , Fu-Shu Jeng f
a Institute of Earth Sciences, Academia Sinica, P.O. Box 1-55, Nankang, Taipei, R.O.C., Taiwan
b Observatoire océanologique de Villefranche, Géosciences Azur, B.P. 48, 06235 Villefranche-sur-Mer, France
c Institut universitaire de France, 103, bd Saint-Michel, 75005 Paris, France
d Central Geological Survey, P.O. Box 968, Taipei, R.O.C., Taiwan
e Department of Geosciences, National Taiwan University, Taipei, R.O.C., Taiwan
f Department of Civil Engineering, National Taiwan University, Taipei, R.O.C., Taiwan
Received 8 April 2004; accepted after revision 18 April 2005
Available online 2 August 2005
Written on invitation of the Editorial Board
Abstract
In 1998 we installed five creepmeters across the Chihshang Fault, the active plate suture in eastern Taiwan. Daily creepmeter
data indicated decreasing creeping rate from 1999 to 2003, suggesting increasing seismic hazard. The fault was ruptured by
the Chengkung earthquake (Mw = 6.6) on 10 December 2003. Through extrapolation of our earlier creep data of 1986–1991
and 1992–1997, we evaluate the minimum deficit in aseismic creep shortening as 106 or 46 mm (respectively) before this
earthquake. The near-surface co-seismic shortening was limited, but the total shortening resulting from the earthquake, including
post-seismic creep, was about 97 mm. This suggests that near the surface most of the detectable deficit has been absorbed by
this earthquake and subsequent creep. We thus point out that creepmeter installation and monitoring bring a powerful tool in
seismic hazard mitigation. To cite this article: J.-C. Lee et al., C. R. Geoscience 337 (2005).
2005 Académie des sciences. Published by Elsevier SAS. All rights reserved.
Résumé
La surveillance du glissement asismique d’une faille active, outil de prévision sismique. Apport d’une étude extenso-
métrique à Chihshang, Taiwan. En 1998, nous avons installé des extensomètres sur la faille de Chihshang, à la suture active
de plaques dans l’Est de Taiwan. Nos données de 1999 à 2003 indiquaient une diminution du mouvement depuis l’an 2000,
donc un risque sismique croissant. La faille de Chihshang a été réactivée le 10 décembre 2003 par le séisme de Chengkung
(Mw = 6,6). En extrapolant nos données de glissement de 1986–1991 ou 1992–1997, nous estimons le déficit minimum de
raccourcissement par glissement asismique à 106 ou 46 mm (respectivement) avant ce séisme. Le jeu co-sismique a été modéré,
mais le mouvement total associé au séisme de Chengkung, y compris le glissement post-sismique, a atteint 97 mm environ.
Nous en déduisons que, près de la surface, la plus grande partie du déficit détectable a été absorbée par ce séisme et par le
* Corresponding author.
E-mail address: jclee@earth.sinica.edu.tw (J.-C. Lee).
1631-0713/$ – see front matter 2005 Académie des sciences. Published by Elsevier SAS. All rights reserved.
doi:10.1016/j.crte.2005.04.018J.-C. Lee et al. / C. R. Geoscience 337 (2005) 1200–1207 1201
glissement post-sismique immédiat. Nous soulignons ainsi l’importance d’une installation et d’un suivi d’extensomètres à des
fins d’analyse du risque sismique. Pour citer cet article : J.-C. Lee et al., C. R. Geoscience 337 (2005).
2005 Académie des sciences. Published by Elsevier SAS. All rights reserved.
Keywords: Active fault; Creep; Earthquake; Strain; Seismic cycle; Seismic hazard; Taiwan
Mots-clés : Faille active ; Glissement ; Séisme ; Déformation ; Cycle sismique ; Risque sismique ; Taiwan
Version française abrégée longitudinale et la chaîne centrale de Taiwan (Fig. 1).
Elle a été réactivée en 1951pendant le séisme de Yuli
1. Introduction (Ms = 7,1), à l’origine de ruptures de surface notables
[4,7]. Pendant les 20 dernières années au moins, la
Le cycle sismique d’une faille active peut faire al- faille de Chihshang a été le siège d’un glissement sou-
terner rupture co-sismique et glissement inter-sismique tenu [9,17], également à l’origine de multiples frac-
[13]. La déformation peut être accumulée pendant la tures [1,2,5,8].
période inter-sismique, puis relâchée lors d’un séisme Les mesures du déplacement de la faille de Chih-
important. Une part de la déformation peut aussi être shang résultent de triangulations à travers la vallée
relâchée par glissement sur la faille durant la période [16,17], mesures de terrain [1,2], triangulations et ni-
inter-sismique. La compréhension de ces phénomènes vellements locaux [1,2,9] et usage d’extensomètres
est essentielle pour l’étude du risque sismique. Nous [10,11]. De 1986 à 1997, le taux de raccourcisse-
décrivons dans cette note la mesure du glissement sur ment a été assez stable, mais à tendance décroissante,
une faille active, à des fins d’évaluation du risque sis- 22–27 mm an−1 . La faille est inverse–sénestre, avec
mique. des composantes verticale de 20 mm an−1 , horizontale
La faille de Chihshang est un segment long de transverse de 18 mm an−1 et sénestre de 12 mm an−1 ,
20 km de la faille de la Vallée longitudinale (Fig. 1), indiquant un raccourcissement horizontal N45◦ W de
une suture majeure à Taiwan [3,6,14]. La convergence 22 mm an−1 [1,2,8,9].
des plaques, 85 mm an−1 [15], y est absorbée pour en- Nous avons installé des extensomètres sur les rup-
viron 25–35 %, soit 20–30 mm an−1 [16]. Sur la zone tures actives de la faille de Chihshang [10]. Les don-
de faille de Chihshang s’est produit un raccourcisse- nées, recueillies quotidiennement, révèlent un mouve-
ment de 20–25 mm an−1 par glissement lent pendant ment rapide pendant la saison humide et lent voire nul
les derniers 20 ans [9,17], dont 22 mm an−1 sur une pendant la saison sèche [11], ce qui témoigne d’un ef-
seule faille [1,2]. fet saisonnier dans les couches superficielles. Le glis-
En 1998, nous avons installé des extensomètres sement s’est ralenti de 22 à 14 mm an−1 pendant la
sur la faille de Chihshang afin de contraindre l’évolu- période 2000–2003, suggérant un risque sismique ac-
tion du glissement en plus grand détail qu’auparavant cru. Le séisme de Chengkung (Mw = 6,6) a d’ailleurs
[1,2,10–12]. Nos données indiquent une diminution du remobilisé la faille de Chihshang en décembre 2003,
mouvement depuis l’an 2000, indiquant un risque sis- montrant la pertinence de ce type d’analyse pour l’éva-
mique croissant sur la faille de Chihshang. Le séisme luation du risque sismique.
de Chengkung (10 décembre 2003, Mw = 6,6) a ac-
tivé cette faille. Nous présentons donc les données de 3. Instrumentation et calibrage thermique
glissement depuis 1998, et nous nous efforçons d’en
tirer les conclusions en termes de variation du risque Nos cinq extensomètres sur la faille de Chihshang
sismique. ont été installés à Tapo et Chinyuan (Fig. 1). Un mo-
dèle résistant a été inventé [10], avec des ancrages
2. La faille de Chihshang des deux côtés de la faille active (Fig. 2). L’instru-
ment comprend deux barres parallèles en Invar, dont
La faille de Chihshang, NNE–SSW, est le chevau- le mouvement relatif est enregistré par une jauge de
chement principal de la chaîne côtière sur la Vallée déplacement. Les mesures ont été quotidiennes.1202 J.-C. Lee et al. / C. R. Geoscience 337 (2005) 1200–1207
Le calibrage thermique a été effectué sur place, de 1999. Nos nouvelles données d’extensomètres de la
pour chaque appareil et pour deux échelles de temps. période 1999–2003 (Tableau 1 et Fig. 3) révèlent une
Les changements journaliers de température induisent forte décroissance de la vitesse de glissement avant le
une variation de longueur de 0,4–0,8 mm pour un séisme de Chengkung en décembre 2003. Prenant pour
contraste typique de 13–15 ◦ C. Les changements sai- référence le raccourcissement de 18 mm de 1999, le
sonniers induisent une variation de longueur de 2,0– déficit de raccourcissement a été de 4 mm en 2000,
2,2 mm. pour un contraste typique moyen de 17 ◦ C 5,5 mm en 2001, 4 mm en 2002 et 3 mm en 2003
entre hiver et été. Nous avons déterminé les coeffi- (22, 30,5, 22 et 16,7 %, respectivement), soit 16,5 mm
cients thermo-élastiques pour chaque extensomètre, et de déficit jusqu’au séisme de Changkung en 2003.
ainsi pu effectuer les corrections. Les enregistrements, Par rapport à la vitesse de glissement moyenne de la
habituellement faits avant le crépuscule, comprennent période 1992–1997 (22 mm an−1 ), la diminution est
heure, température et raccourcissement. plus forte (au moins 18,2 % en 1999, 36,4 % en 2000,
43,2 % en 2001, 36,4 % en 2002 et 31,8 % en 2003)
4. Les données de glissement de 1998 à 2004 et le déficit est de 46 mm. Par rapport à la vitesse
moyenne de 1996–1992 (27 mm an−1 ), ce déficit at-
Nous présentons ici les données obtenues avec les teint 106 mm. Nous interprétons ce ralentissement du
trois extensomètres de Chinyuan d’août 1998 à dé- glissement en 2000–2003 comme la marque d’une ac-
cembre 2004. Ces extensomètres (3, 4 et 5, d’ouest cumulation de déformation compressive précédant le
en est) ont été installés sur trois failles parallèles ; leur séisme de Chengkung.
orientation est proche de celle du mouvement. Ils four- Les extensomètres implantés sur la faille de Chih-
nissent donc une mesure presque directe du déplace- shang en 1998 nous permettent de connaître en dé-
ment relatif. Les données de glissement sont fournies tail l’évolution du glissement en surface. Nos données
sous forme de raccourcissement (en mm) en fonction mettent en évidence une décroissance significative de
du temps (Fig. 3 et Tableau 1). A cause du mouve- la vitesse de glissement au cours des 5,5 années qui
ment brutal de la faille de Chihshang lors du séisme ont précédé le séisme de Chengkung de 2003. La prise
de Chengkung du 10 décembre 2003 (Fig. 3), le glis- en compte des résultats de la période 1990–1997 [1,2]
sement annuel pour l’année 2003 est arrêté au 9 dé- renforce cette conclusion en révélant un fort ralentis-
cembre au lieu du 31. Toutefois, le raccourcissement sement du glissement, de 22 mm an−1 en 1990–1997
total découlant de ce séisme inclut la déformation ra- à 14 mm an−1 en 2000–2003. Le déficit en raccourcis-
pide qui l’a suivi, jusqu’en décembre 2004. sement de surface pour la période 2000–2003 est d’en-
Tous les extensomètres ont enregistré un glissement viron 23 % en moyenne par comparaison avec 1999, et
rapide pendant la saison humide et peu de mouvement d’au moins 37 % en moyenne par comparaison avec la
pendant la saison sèche, particulièrement en décembre période 1990–1997.
et janvier (Fig. 3). Les variations temporelles du mou- Comme la période de déficit de glissement a
vement se sont révélées homothétiques pour les trois conduit au séisme de Chengkung en 2003, de magni-
sites depuis la mise en service de 1998, les proportions tude Mw = 6,6, nous estimons qu’un déficit supérieur
étant de 34, 18 et 48 % pour les extensomètres 3, 4 et aurait conduit à un séisme de magnitude supérieure,
5 (respectivement). La raccourcissement total a atteint tel le séisme de Yuli en 1951 (Ms = 7,1). Par com-
73,5 mm du 1er janvier 1999 au 9 décembre 2003, soit paraison avec nos résultats antérieurs [1,2], le déficit
une moyenne de 15 mm an−1 . de raccourcissement a atteint 46–106 mm au moment
du séisme de Chengkung (Fig. 4). Nos toutes der-
5. Implications en matière de risque sismique et nières mesures ont révélé un raccourcissement d’en-
conclusions viron 97 mm, principalement post-sismique, du 10 dé-
cembre 2003 au 31 décembre 2004. Ceci nous incite à
Les relevés de la période 1990–1997 avaient mis adopter pour le déficit minimum avant séisme la valeur
en évidence une vitesse de glissement assez stable haute, 106 mm, correspondant à environ 12 ans d’ac-
de 27 mm an−1 pour 1986–1992 et de 22 mm an−1 cumulation. Nous en déduisons qu’une grande partie
pour 1992–1997 [1,2], à comparer aux 18 mm an−1 du déficit détectable a été absorbée par le séisme deJ.-C. Lee et al. / C. R. Geoscience 337 (2005) 1200–1207 1203
Chengkung et ses suites. Bien qu’il demeure difficile
de tirer des conclusions certaines d’une observation
sur moins de 20 ans, nous soulignons l’intérêt d’une
installation et d’un suivi d’extensomètres dans un tel
contexte sismotectonique, contribuant à la prise en
compte du risque sismique.
1. Introduction
The earthquake cycle of an active fault may in-
clude co-seismic rupture and inter-seismic slip [13].
During the inter-seismic stage, usually ranging from a
few hundreds to tens of thousands years, crustal tec-
tonic strain may be silently accumulated. This strain
is released by abrupt co-seismic rupturing in a rela-
tively short time (seconds to months), causing seismic
Fig. 1. (a) Tectonic setting of Taiwan (dashed frame: location of b).
hazard. Part of strain may also be released during the
(b) Map of the Longitudinal Valley suture zone (dashed frame: loca-
inter-seismic period, especially along creeping active tion of c and d). Main thrust as thick line, triangles on upthrust side.
faults. A better understanding of the transient defor- (c) Shaded relief map of Chihshang area (location in b). (d) Geol-
mation of the strain accumulation-relaxation processes ogy of Chihshang area. Geological units of the Coastal Range: very
is crucial in seismic hazard mitigation. To provide light grey, Quaternary terraces; light grey, Pliocene Lichi Mélange;
medium grey, Late Miocene of Luzon Arc and Plio-Quaternary
such insights, we present the monitoring of an active Takangkou flysch. Chihshang Fault as thick line, triangles on the
fault, the Chihshang Fault in eastern Taiwan. upthrust side.
The Chihshang Fault is a 20-km long segment of Fig. 1. (a) Cadre tectonique de Taiwan (rectangle tireté : localisa-
the Longitudinal Valley Fault (Fig. 1), a major plate tion de b). (b) Carte de la zone de suture de la Vallée Longitudinale
suture in eastern Taiwan [3,6,14]. About 25–35% of (carré tireté : localisation de c et d). Chevauchement principal en
the total convergence rate in Taiwan, 85 mm yr−1 [15], trait gras, avec triangles du côté chevauchant. (c) Carte ombrée du
amounting to 20–30 mm yr−1 , occurs across the Lon-
relief de la région de Chihshang area (localisation : b). (d) Géologie
de la région de Chihshang. Unités géologiques de la chaîne côtière :
gitudinal Valley [16]. The Chihshang Fault zone ex- gris très clair, terrasses quaternaires ; gris clair Mélange pliocène de
hibited creeping behaviour with a shortening rate of Lichi ; gris moyen, Miocène supérieur de l’arc de Luçon et flysch
20–25 mm yr−1 during the last 20 years [9,17]. plio-quaternaire de Takangkou. Faille de Chihshang en trait gras,
Five creepmeters installed in 1998 across the sur- triangles du côté chevauchant.
face breaks of the Chihshang Fault constrained the
creep history of the fault with more temporal accuracy
than earlier measurements [1,2,10–12]. These daily- 2. The Chihshang Fault
recorded data reveal decreasing creeping rate since
year 2000, consistent with other data measured twice The NNE-trending Chihshang Fault is the major
a year, collectively suggesting increasing seismic haz- fault along which the Coastal Range of the Miocene
ard along the Chihshang Fault. The Chengkung earth- Luzon arc is thrust westwards over the Longitudinal
quake (10 December 2003, Mw = 6.6) ruptured the Valley and the Central Range of Taiwan (Fig. 1). The
Chihshang Fault. In this paper, we present the creep- Chihshang Fault ruptured during the 1951 Yuli earth-
meter data since 1998, and we discuss the decreasing quake (Ms = 7.1), which produced surface breaks with
creeping rate of the Chihshang Fault before the earth- scarps tens of centimetres high extending for tens of
quake. We also point out how important the monitor- kilometres [4,7]. Later, the Chihshang Fault showed
ing of the creeping behaviour along the active fault is, evidence of rapid creep at the surface, at least during
as a tool in seismic hazard mitigation. the last 20 years [9,17]. Fault creep generated numer-1204 J.-C. Lee et al. / C. R. Geoscience 337 (2005) 1200–1207
ous surface breaks, mainly along the surface fault trace
of the 1951 earthquake [1,2,5,8].
Measurements of displacement across the Chihs-
hang Fault during the last 20 years cover a vari-
ety of temporal and spatial scales. They included
across-valley trilateration and GPS surveys [16,17],
field measurements of offsets [1,2], near-fault trilat-
eration networks and levelling [1,2,9] and creepmeter
monitoring [11,12]. The 1986–1997 results revealed a
rather stable shortening rate, 22–27 mm yr−1 , with a
decreasing trend, concentrating in a 30–150-m-wide
fault zone. Kinematically, the 3-D surface creeping
motion of the Chihshang Fault was characterised by
oblique reverse faulting in the N45◦ W direction, with
a vertical component of 20 mm yr−1 , a transverse com-
ponent of 18 mm yr−1 and a left-lateral component of
12 mm yr−1 [1,2,8,9], indicating 22 mm yr−1 of hori-
zontal shortening.
Since 1998, the creepmeter data collected on a daily
basis [10] revealed a clear seasonal variation, with fast
fault motion during the wet season and quiescence dur-
ing the dry season, which implied close relation with
rainfall [12]. However, the micro-seismic activity did
not show this seasonal variation, suggesting decou-
pling between the shallow creeping zone and the 5–
25-km-deep micro-earthquake-producing fault. Thus
the seasonal variation was interpreted as an effect in
Fig. 2. (a) Schematic representation of our rod-type creepmeter [10]
the shallow level. All data, including the daily data set up across an active fault rupturing a concrete wall. (b) Photo-
of the creepmeters and the twice-a-year measurements graph of creepmeter 4 at Chinyuan.
of the on-site offsets and the near-fault geodetic net- Fig. 2. (a) Représentation schématique de notre extensomètre [10]
works, indicate a decreasing creeping rate from 22 to installé sur une faille active affectant un mur en béton à la surface.
14 mm yr−1 during the 2000–2003 period, suggesting (b) Vue de l’extensomètre 4 à Chinyuan.
increasing seismic hazard along the Chihshang Fault.
Indeed, the Chengkung earthquake (Mw = 6.6) rup- iron bars implanted at more than 1-m depth, ensuring
tured the Chihshang Fault in December 2003, showing good coupling with the substratum. The instrument is
that reliable expectation can be drawn from permanent composed of two parallel Invar rods, attached to each
creepmeter monitoring in terms of earthquake hazard pier via universal connector and sustained by rollers
mitigation. fixed on a U-shaped steel support system. The rela-
tive movement of these Invar rods is measured with
3. Instrumentation and thermal calibration a mechanical dial-gauge sensor (resolution: 0.01 mm,
range: 50 mm). The data were recorded once a day.
We have installed five creepmeters across the Despite the low thermal expansion coefficient of
Chihshang Fault at two sites, Tapo and Chinyuan the Invar alloy rods, it was necessary to determine the
(Fig. 1). A robust rod-type creepmeter was designed thermal effect, which was not negligible. We carried
[12], with anchored piers on 60-cm × 60-cm-wide out in-site temperature calibration, considering the
concrete bases on opposite sides of the active fault thermal effect on both the Invar rods and the surround-
(Fig. 2). On soil surface, a 0.5-m-deep cavity was dug ing creepmeter structure. Although our creepmeters
for each pier and filled with pebbles, concrete, and were identical, this calibration was done for each in-J.-C. Lee et al. / C. R. Geoscience 337 (2005) 1200–1207 1205
strument, considering possible differences in thermal were set up across three individual previously identi-
effects at anchored pier level. The temperature effect fied fractures within a 120 m-wide deformation zone.
was evaluated at two different time scales. The daily The creepmeters trend nearly parallel to fault motion
fluctuation causes a length variation of 0.4–0.8 mm vector, so that the recorded shortening values are sub-
for a typical difference of 13–15 ◦ C between the low- equal to, or slightly less than, the actual surface short-
est and the highest temperatures. The seasonal varia- enings of the faults. The creep data are presented as
tion between the average lowest temperature in win- shortening (in mm) versus time (Fig. 3 and Table 1).
ter, 15 ◦ C, and the average highest temperature in Because the 10 December 2003 Chengkung earth-
summer, 32 ◦ C, causes a typical length variation of quake produced quick surface displacement across
2.0–2.2 mm. The derived thermal-elastic coefficients the Chihshang Fault (Fig. 3), the annual shortening
for each creepmeter were taken as the basis of the tem- amount in 2003 is given until 9 December instead
perature calibration and subsequent corrections. Read- of 31. Note that the total shortening resulting from the
ing and recording of data were usually done in the
Chengkung earthquake includes that observed soon af-
afternoon before sunset, including time, temperature
ter the earthquake, until December 2004.
and shortening data.
All creepmeters in Chinyuan showed seasonal vari-
4. Creep data, 1998–2004 ation, with fast creep in the wet season and quies-
cence in the dry season, especially December–January
In this paper we focus on the data from three creep- (Fig. 3). Temporal variations affected the three sites in
meters at Chinyuan, obtained from August 1998 to the same manner. Thus, proportionality in shortening
December 2004 (at Tapo, shortening and gravitational rates was approximately maintained since the begin-
effects interfere, which would require further discus- ning of operation in 1998, with 34, 18 and 48% of
sion). The creepmeters (3, 4 and 5, from west to east) motion being recorded by creepmeters 3, 4 and 5, re-
Fig. 3. Results of daily measurements on creepmeters at Chinyuan, from August 1998 to December 2004. Shortening (in millimetres) as a
function of time. Creepmeters 3, 4 and 5 are located from west to east across three parallel surface breaks in the active fault zone. Note that
the periods of rapid shortening in 1998–2003 correspond to the wet season. Significant after-slip creep shortening followed the 10 December
(Mw = 6.6) Chengkung earthquake, until mid-2004.
Fig. 3. Résultats des mesures journalières sur les extensomètres de Chinyuan, d’août 1998 à décembre 2004. Raccourcissement (en millimètres)
en fonction du temps. Les extensomètres 3, 4 et 5 sont situés d’ouest en est sur trois branches parallèles de la zone de faille active. Noter que les
périodes de raccourcissement rapide 1998–2003 correspondent à la saison humide. Un fort raccourcissement par glissement progressif a suivi
le séisme de Chengkung du 10 décembre 2003 (Mw = 6,6), jusqu’à la mi-2004.1206 J.-C. Lee et al. / C. R. Geoscience 337 (2005) 1200–1207
Table 1
Annual shortening amounts recorded by the three creepmeters at Chinyuan, from early 1999 to late 2003. Values in millimetres. Detail in
the text. The 2003 shortening does not include data after 9 December, because of Chengkung earthquake. The shortening of the Chengkung
earthquake sequence, co-seismic and post-seismic, is counted until December 2004
Tableau 1
Quantités de raccourcissement annuellement enregistrées par les trois extensomètres de Chinyuan, du début 1999 à la fin 2003. Valeurs en
millimètres. Détails dans le texte. Le raccourcissement de 2003 ne comprend pas les données postérieures au 9 décembre, en raison du séisme
de Chengkung. Le raccourcissement de la séquence sismique de Chengkung (co- et post-sismique) est compté jusqu’en décembre 2004
1999 2000 2001 2002 2003 Total Chengkung earthquake
Creepmeter3 6 5 4.5 6 3.5 25 33
Creepmeter4 4 3 2 2 2.5 13.5 19
Creepmeter5 8 6 6 6 9 35 45
Total 18 14 12.5 14 15 73.5 97
spectively. The total shortening before the Chengkung in creeping rate in 2000–2003 as an evidence of strain
earthquake reached 73.5 mm from 1 January 1999 to accumulation prior to the Chengkung earthquake.
9 December 2003, that is, 15 mm yr−1 on average. We conclude that the creepmeters installed in 1998
revealed a significant decrease in creeping rate of the
Chihshang Fault during the 5.5 years preceding the
5. Implications for hazard evaluation and 2003 Chengkung earthquake. Additional considera-
conclusions tion of the 1990–1997 results [1,2] and other twice-a-
year measurements support this conclusion and indi-
The surveys done during the period 1990–1997 had cates major diminution in average creeping rate, from
revealed a rather constant but decreasing slip veloc- 22 mm yr−1 in 1990–1997 to 14 mm yr−1 in 2000–
ity, 27 mm yr−1 in 1986–1992 and 22 mm yr−1 in 2003. The deficit of 2000–2003 in surface creep is
1992–1997 [1,2], larger than, but still compatible with, about 23% on average with reference to 1999, and no
the creepmeter data of 1999 (18 mm yr−1 ). The new less than 37% on average with reference to the 1990–
creepmeter data presented above for the period 1999– 1997 period.
2003 (Table 1 and Fig. 3) thus reveal a quite significant The period of strain deficit was terminated by the
decrease in creeping rate across the Chihshang Fault, 2003 Chengkung earthquake (Mw = 6.6). We infer
until the Chengkung earthquake in December 2003 that a larger deficit would be followed by a stronger
(characterised by an abrupt increase in shortening in earthquake like the 1951 Yuli earthquake (Ms = 7.1).
all curves of Fig. 3). This decrease of creep rate in With respect to our earlier results [1,2], the estimated
2000–2003 is confirmed by other twice-a-year mea- minimum strain deficit at the time of the Chengkung
surements, including fracture offsets measurements earthquake is 46–106 mm (Fig. 4). Our recent mea-
and near-fault trilateration and levelling data. Adopt- surements revealed a shortening of about 97 mm,
ing the 18-mm shortening of 1999 as a reference, the mainly post-seismic, from 10 December 2003 to
deficit in shortening reached 4 mm in 2000, 5.5 mm in 31 December 2004. We consequently tend to adopt the
2001, 4 mm in 2002, 3 mm in 2003 (22, 30.5, 22 and upper bound of the minimum strain deficit, 106 mm
16.7%, respectively), thus a total of 16.5 mm of deficit before the earthquake, involving about 12 years of
until the 2003 Chengkung earthquake. With reference strain accumulation. It would mean that most of the
to the 22 mm yr−1 average creeping rate of the 1992– detectable deficit has been relaxed by the Chengkung
1997 period, this decrease is higher (at least 18.2% earthquake sequence. Although it is difficult to draw
in 1999, 36.4% in 2000, 43.2% in 2001, 36.4% in definite conclusions with less than 18 years of accurate
2002 and 31.8% in 2003) and the total deficit reached information, we point out that creepmeter installation
46 mm at the end of 2003. Finally, adopting the and monitoring deserve consideration in such seis-
27 mm yr−1 shortening rate of 1986–1992, the total motectonic environments, as a useful contribution to
deficit was up to 106 mm. We interpret this diminution seismic hazard mitigation.J.-C. Lee et al. / C. R. Geoscience 337 (2005) 1200–1207 1207
This is a contribution of Institute of Earth Sciences,
Academia Sinica, IESAS1040.
References
[1] J. Angelier, H.T. Chu, J.-C. Lee, Shear concentration in a col-
lision zone: kinematics of the active Chihshang Fault, Lon-
gitudinal Valley, eastern Taiwan, Tectonophysics 274 (1997)
117–144.
[2] J. Angelier, H.T. Chu, J.-C. Lee, J.C. Hu, Active faulting and
earthquake risk: the Chihshang Fault case, Taiwan, J. Geo-
dyn. 29 (2000) 151–185.
[3] C.P. Chang, J. Angelier, C.Y. Huang, Origin and evolution of
a melange: the active plate boundary and suture zone of the
Fig. 4. Shortening across the Chihshang Fault, from mid-1986 to Longitudinal Valley, Taiwan, Tectonophysics 325 (2000) 43–
December 2004, with tentative estimate of strain deficit before the 62.
Chengkung earthquake (10 December 2003). Shortening (millime- [4] S.N. Cheng, Y.T. Yeh, M.S. Yu, The 1951 Taitung earthquake
tres) versus time (years). Dashed line: results 1986–1997 [1,2]. in Taiwan, J. Geol. Soc. China 39 (3) (1996) 267–285.
Solid line: results 1998–2003, Chinyuan creepmeters. Uncertain- [5] H.T. Chu, J.-C. Lee, J. Angelier, Non-seismic rupture of the
ties as error bars (for creepmeter data, within curve thickness). Tapo and the Chinyuan area on the southern segment of the
Dotted lines: extrapolation of aseismic creep shortening until the Huatung Longitudinal Valley Fault, Eastern Taiwan, in: Annu.
Chengkung earthquake: upper bound from 1986–1991, lower bound Meet. Soc. Geol. China, Taipei, 1994, pp. 1–5.
from 1992–1997, respectively giving minimum strain deficits of 106 [6] C.S. Ho, A synthesis of the geologic evolution of Taiwan,
and 46 mm in December 2003. Tectonophysics 125 (1986) 1–16.
[7] T.L. Hsu, The earthquakes of Taiwan, Quart. J. Bank Taiwan 7
Fig. 4. Raccourcissement sur la faille de Chihshang, de la mi-1986
(1955) 39–63 (in Chinese).
à décembre 2004, avec essai d’estimation du déficit de déformation
[8] J.-C. Lee, Structure et déformation active d’un orogène : Tai-
avant le séisme de Chengkung (10 décembre 2003). Raccourcisse-
wan, Mém. Sci. Terre (1994) 94–17 & thesis, Université Pierre-
ment (millimètres) en fonction du temps (années). Ligne tiretée :
et-Marie-Curie, Paris-6, 1994, 281 p.
résultats de 1986 à 1997 [1,2]. Ligne continue : résultats de 1998
[9] J.-C. Lee, J. Angelier, Location of active deformation and geo-
à 2003, extensomètres de Chinyuan. Incertitudes indiquées par des
detic data analyses: an example of the Longitudinal Valley
barres d’erreur (dans l’épaisseur de la courbe pour les données des
Fault, Taiwan, Bull. Soc. géol. France 164 (4) (1993) 533–570.
extensomètres). Lignes pointillées : extrapolation du raccourcis-
[10] J.-C. Lee, F.S. Jeng, H.T. Chu, J. Angelier, J.C. Hu, A rod-type
sement par glissement asismique jusqu’au séisme de Chengkung,
creepmeter for measurement of displacement in active fault
borne supérieure d’après 1986–1991, borne inférieure d’après 1992
zone, Earth, Planets, and Space 52 (5) (2000) 321–328.
à 1997, indiquant respectivement 106 et 46 mm de déficit minimum
[11] J.-C. Lee, J. Angelier, H.T. Chu, J.C. Hu, F.S. Jeng, Con-
de déformation en décembre 2003.
tinuous monitoring of an active fault in a plate suture zone:
a creepmeter study of the Chihshang active fault, eastern Tai-
wan, Tectonophysics 333 (2001) 219–240.
Acknowledgements [12] J.-C. Lee, J. Angelier, H.-T. Chu, J.-C. Hu, F.-S. Jeng, R.-J.
Rau, Active fault creep variations at Chihshang, Taiwan, re-
vealed by creepmeter monitoring, 1998–2001, J. Geophys.
This study was conducted under the auspices of Res. 108 (B11) (2003) 2528; 10.1029/2003JB002394.
the France–Taiwan cooperation framework (‘Institut [13] J.-C. Savage, A dislocation model of strain accumulation and
français à Taipei’ and National Science Council of release at a subduction zone, J. Geophys. Res. 88 (1983) 4984–
Taiwan). Our work was supported by the Institute 4996.
[14] Y.B. Tsai, Seismotectonics of Taiwan, Tectonophysics 125
of Earth Sciences, Academia Sinica, and National (1986) 17–38.
Science Council grants NSC 91-2119-M001-027, 92- [15] S.B. Yu, H.Y. Chen, L.C. Kuo, Velocity field of GPS stations
2116-M001-005 and 93-2116-M-001-020 on the Tai- in the Taiwan area, Tectonophysics 274 (1997) 41–59.
wan side, the ‘Institut universitaire de France’ and the [16] S.B. Yu, L.C. Kuo, Present-day crustal motion along the Lon-
gitudinal Valley Fault, eastern Taiwan, Tectonophysics 333
CNRS (Pics Taiwan) on the French side. The generous
(2001) 199–217.
help of Mr Guo-Jang Jiang, Mr Chang Shern-Hsiung, [17] S.B. Yu, C.C. Liu, Fault creep on the central segment of the
Mrs Mei-Chi Lu and Mr. Yin-Peng Tsao for local sur- longitudinal valley fault, Eastern Taiwan, Proc. Geol. Soc.
veys and data collection is gratefully acknowledged. China 32 (3) (1989) 209–231.Vous pouvez aussi lire
